-
Vorrichtung zum Steuern eines Stellgliedes in Abhängigkeit von der
Einwirkung eines Lichtflecks auf fotoelektrische Mittel Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Steuern eines Stellgliedes in Abhängigkeit von der Einwirkung eines
Lichtflecks auf fotoelektrische Mittel in stetiger Wechselwirkung mit der durch
diese Stellbewegung hervorgerufenen Änderung des Beleuchtungszustandes der fotoelektrischen
Mittel.
-
Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, bei denen die Beleuchtung einer
Fotozelle durch einen Lichtfleck die Bewegung des Antriebes einer Anzeigevorrichtung
steuert und bei denen die Fotozelle infolge dieser Bewegung der Einwirkung durch
den Lichtfleck wieder entzogen wird. Hierbei ist es erforderlich, den Fotozellenstromkreis
vom Stromkreis für den Arbeitsstrom zu trennen und die Energie des ersteren auf
den letzteren über als Verstärker wirkende mechanische oder elektrische Relais zu
übertragen. Bei einem solchen Anzeigegerät findet keine unterschiedliche Beeinflussung
beider Fotowiderstände bzw. Fotozellen statt.
-
Bei einer ähnlichen bekannten Einrichtung ist die Beleuchtung der
lichtempfindlichen Zellen so lange Null, wie sich das Bewegungssystem eines Galvanometers
in der Ruhelage befindet. Sobald die Galvanometerspule von Strom durchflossen ist,
wird je nach der Bewegungsrichtung des Systems entweder die eine oder die andere
Fotozelle beeinflußt. Es sind hierzu als Verstärker wirkende Übertragungsrelais
vorgesehen, die die Energie der Zellenstromkreise an den Steuerstromkreis des Motors
weitergeben.
-
Schließlich ist bereits eine Differenzschaltung für zwei Fotozellen
bekanntgeworden, mit deren Hilfe die Rückführung eines Meßwerkes eines elektrischen
Lichtmarkenmeßgerätes durchgeführt wird. Auch hierbei werden wiederum nicht beide
Fotozellen durch den zu erfassenden Vorgang unterschiedlich beeinflußt, sondern
jeweils nach der Ausschlagrichtung des Galvanometers nur die eine oder die andere
Zelle.
-
Gemäß der Erfindung ruft bei Ausbildung der fotoelektrischen Mittel
nach dem an sich bekannten Prinzip einer Differentialfotozellenanordnung die Ablenkung
eines mit gleichbleibender Lichtstärke wirkenden Strahlenbündels aus einer durch
eine gleichmäßige Beleuchtung einer Mehrzahl von Fotozellen oder von Abschnitten
einer einzigen Fotozelle gekennzeichneten Grundstellung eine um ein gleiches Maß
gegenläufig unterschiedliche Beeinflussung der fotoelektrischen Mittel hervor, und
der dabei erzeugte Differentialfotostrom betätigt in unmittelbarer Einwirkung den
Stellbetrieb, mit dem ein die fotoelektrischen Mittel ständig senkrecht zum Lichtstrahlenbündel
haltender Träger gekuppelt ist.
-
Mit Hilfe einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein wesentlich
höherer Arbeitsstrom für den Antrieb einer fotoelektrischen Meß- und Regelvorrichtung
zu gewinnen als mit den bekannten Vorrichtungen, so daß es nicht mehr erforderlich
ist, den Fotozellenstromkreis vom Arbeitsstromkreis zu trennen und die Energie beim
Übergang von ersterem auf letzterem zu verstärken. Dadurch, daß die Differentialfotozelle
auf einem Halter angebracht ist, der sie ständig senkrecht zum Lichtbündel hält,
sind eine gleichmäßige Lichtstärke und eine konstante Empfindlichkeit zu erzielen.
-
Die Erfindung findet besonders in Verbindung mit sehr empfindlichen
Geräten, wie z. B. Galvanometern, Mikromanometern, mechanischen Meßuhren, Waagen,
Seismographen u. dgl., Anwendung.
-
Der Differentialfotowiderstand der Meß- und Regelvorrichtung gemäß
der Erfindung weist vorteilhafterweise eine hochempfindliche Schicht, z. B. aus
aktiviertem Kadmiumselen, Kadmiumsulfid oder Kadmiumtellur auf. Damit sind wesentlich
gleichmäßigere Ergebnisse erzielbar als mit Vorrichtungen, bei denen zwei getrennte
Zellen verwendet werden, da letztere zwangläufig verschiedene Eigenschaften haben.
Die
Erfindung ist nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der
Zeichnung näher erläutert.
-
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen fotoelektrischen
Vorrichtung, die die besondere Ausführungsfarm der Zelle erkennen läßt; Fig.2 stellt
schaubildlich eine Ausführungsform der durch die Fotozelle und den von ihr gesteuerten
Motor gebildeten Anordnung dar; Fig. 3 stellt eine schematische Seitenansicht einer
anderen Ausführungsform der Fotozelle dar; Fig. 4 und 5 stellen zwei schaltungsmäßige
Anordnungen der Teile der Vorrichtung dar.
-
Die in Fig.1 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung läßt eine
Zelle mit einer Unterlage Z für die lichtempfindliche Schicht erkennen.
-
Cl, C2, C3 sind die drei Kontakte der Widerstandszelle. Der Kontakt
C3 ist durch einen Leiter 1 mit einer gegebenenfalls regelbaren Stromstabilisierungsvorrichtung
S verbunden, während die Kontakte Cl,
C2 durch Leiter A und
B mit den Eingängen A1 und Bi einer Vorrichtung M verbunden sind, welche
eine Kontrollvorrichtung oder der Rahmen eines Galvanometers oder eine andere von
der Zelle zu betätigende Vorrichtung sein kann.
-
Ein Leiter 2 verbindet die Vorrichtung M mit der Stromstabilisierungsvorrichtung
S, deren Speisung durch die Leiter 3 erfolgt.
-
L ist der auf die Zelle fallende Lichtfleck.
-
Wie aus der Zeichnung hervorgeht, hat die lichtempfindliche Schicht
F der Zelle, welche aus aktiviertem Kadmiumsulfid oder Kadmiumselenid bestehen kann,
eine Anordnung; bei welcher die mit den Kontakten C1 bzw. C2 bzw. C3 verbundenen
leitenden Teile a1, a2, a3 ineinander verschachtelt sind. Diese Anordnung der lichtempfindlichen
Schicht gestattet die Verringerung des inneren Widerstandes der Zelle und eine beträchtliche
Vergrößerung der Oberfläche der lichtempfindlichen Schicht, so daß eine große Wärme-
oder Energiemenge abgeführt werden kann, was die Verwendung eines verhältnismäßig
starken Speisestroms in der Größenordnung von 1 bis 10mA ermöglicht.
-
Bei dieser Anordnung können unmittelbar durch die Differenz der Ströme
1i und 12 ohne Verstärkung Vorrichtungen wie Galvanometerrahmen, Mikromotore, Relais,
Vorrichtungen mit Tauchkernen usw. betätigt werden.
-
Die Kontakte Cl, C2 und C3 oder ihre leitenden Teile a1, a2
und a3 können bei der oben erläuterten Anordnung der Zelle oberhalb oder unterhalb
der lichtempfindlichen Schicht F liegen, wobei sie ein in die Bewegungsrichtung
des Lichtflecks eingestelltes paralleles Raster bilden. Es ist besonders zweckmäßig,
Zellen großer Länge herzustellen, insbesondere Zellen, deren Länge etwa das Doppelte
der Ablenkung beträgt, welche der zu verfolgende Lichtfleck nehmen kann.
-
Fig. 2 stellt schematisch eine praktische Ausführungsform der obigen
Vorrichtung dar. Hierbei trägt der Motor M an seiner Oberseite eine Konsole 4, welche
die Schwenkachse 5 eines Lenkers 6 trägt, an dessen Ende eine Seite eines mechanischen
Trägers Z1 der Zelle angelenkt ist. Die andere Seite des Trägers Z1 ist an das Ende
eines Hebels 7 angelenkt, welcher von der Ausgangswelle des Motors M getragen und
betätigt wird. Dieser Motor M kann die gleiche Bauart aufweisen, wie ein Mikroamperemeter
oder ein Milliamperemeter ohne Rückführungsfeder oder auch wie eine Drehspule oder
ein Drehmagnet.
-
Das freie Ende des Hebels 7 trägt den Schreibstift 8 eines Registriergeräts
mit einem Registrier-Streifen 9.
-
10 ist ein Tintenbehälter zur Versorgung des Schreibstifts 8 mit Tinte.
-
Die mechanischen Teile Zi, 6 und 7 sind so angeordnet, daß sie ein
Gelenkparallelogramm bilden. Diese besondere Ausführungsform der Vorrichtung gestattet,
die Zelle ständig senkrecht zu dem Lichtfleck L zu halten, wenn der Ablenkwinkel
des Lichtbündels klein ist.
-
Die in Fig.2 dargestellte Zelle ist eine Zelleneinheit, welche vorzugsweise
die auf Fig. 1 dargestellte Bauart aufweist oder aus mehreren einfachen Zellen besteht,
welche parallel zueinander angeordnet und in der in Fig. 3 dargestellten Weise parallel
geschaltet sind.
-
In. Fig. 3 enthält die Zelle einen länglichen leitenden Teil a3, zwei
lichtempfindliche Streifen F1 und F2 und zwei Sätze von länglichen Leiterteilen
a1, a1 , a2, a2 , welche über ihre Klemmen C1 und C2 parallel geschaltet sind.
-
Da es vielfach aus Betriebsgründen zweckmäßig ist, daß der Speisestrom
der Zelle stabilisiert ist, kann man z. B. wie in Fig. 4 und 5 dargestellt verfahren.
-
In Fig. 4 ist die Klemme C3 der Zelle über einen Stabilisierungswiderstand
R1 angeschlossen, welcher größer bemessen ist als der Widerstand eines Zweiges der
Zelle, wenn diese von dem Lichtfleck beleuchtet wird. Der Widerstand R, ist in den
mit einem Pol einer Gleichstromquelle verbundenen Leiter 1 eingeschaltet, welche
z. B: ein Akkumulator, ein Gleichrichter oder ein galvanisches Element sein kann.
Der andere Pol der Gleichstromquelle ist durch den Leiter 2 über Widerstände R2
und R3 mit den Klemmen C1 und C2 verbunden.
-
12 ist die Wicklung des Motors M. Sie wird, wie dies aus der Zeichnung
hervorgeht, an den Ausgang der Klemmen C1 und C2 angeschlossen.
-
Beispielshalber sei angegeben, daß die Werte der Widerstände R1, R2
und R3 zwischen 10 und 500 kQ liegen können, wobei die Widerstände R2 und R3 einander
gleich sein müssen. In gewissen Fällen kann der WiderstandRi fortfallen, wobei dann
die Klemme C3 unmittelbar an den Pol der Gleichstromquelle U angeschlossen ist.
Andererseits können auch, wie in Fig. 5 dargestellt ist, die Widerstände R2 und
R3 fortfallen. In diesem Fall ist dann die Mittelanzapfung der Wicklung 12 des Motors
durch den Leiter 2 mit dem zweiten Pol der Gleichstromquelle U verbunden.
-
Die Verbindungen der Zelle werden mit Hilfe von gut biegsamen Drähten
hergestellt, damit die Verstellung des beweglichen Teils nicht behindert wird.
-
Da insbesondere der Widerstand R1 im Verhältnis zu dem Widerstand
der Zelle groß bemessen ist, bleibt die Empfindlichkeit des Gerätes konstant, selbst
wenn sich die Lichtstärke des auf die Zelle fallenden Lichtflecks ändert.
-
Wenn dies erforderlich ist, kann eine Dämpfung des Servomechanismus
durch eine zweckmäßige Bemessung der äußeren Widerstände R2, R3 (Fall der Fig. 4)
oder durch einen geeignet bemessenen Widerstand, welcher parallel zu der Wicklung
des Motors geschaltet wird (Fall der Fig. 5), erhalten werden. Es ist natürlich
auch möglich, die Dämpfung durch
andere Mittel zu erhalten, z. B.
viskose Reibung, Wirbelströme usw.
-
Falls die Vorrichtung zum Verfolgen eines Lichtflecks benutzt wird,
wie dies oben angegeben ist, beträgt die Länge der Zelle vorzugsweise das Doppelte
der möglichen Verstellung des Lichtflecks, so daß dieser den Abtastbereich nicht
verlassen kann, falls er in den Grenzen des Meßbereichs des Gerätes bleibt.
-
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin,
daß die Zelle sehr leicht sein kann, so daß die Zeitkonstante sehr kurz ist und
in der Größenordnung von 0,5 Sekunden liegt. Die Vorrichtung gestattet außerdem
die Anbringung von Aufzeichnungen in rechtwinkligen Koordinaten, wobei dann eine
entsprechende Vorrichtung zur erforderlichen Berichtigung der Bewegung vorgesehen
wird.
-
Der Motor M kann zur Steuerung anderer Teile als des in Fig.2 dargestellten
Schreibstifts dienen. So kann insbesondere seine Bewegung durch einen kinematischen
oder anderen Mechanismus auf Spannungsteilerkontakte zur Regelung verschiedener
Vorrichtungen übertragen werden.